Perspektiva Ethernetu na úrovni řízení technologií

Perspektiva Ethernetu na úrovni řízení technologií

Odpověď na otázku, jak rychle a do jaké šíře a hloubky se v průmyslové automatizaci prosadí ethernetové sítě, jistě zajímá mnoho výrobců i uživatelů automatizační techniky. Podobně jako u jiných novinek se vede mnoho většinou planých řečí o tom, jak „nová“ metoda některé výrobce ohrožuje, zatímco jiným nabízí příležitost přeskočit konkurenty zatížené minulými řešeními. Objektivní pohled na situaci se snaží poskytnout studie Ethernet at the device level worldwide outlook – market analysis and forecast through 2005 (Perspektiva Ethernetu na úrovni řízení technologií – analýza a předpověď vývoje světového trhu do roku 2005) od poradenské firmy ARC Advisory Group (viz text v rámečku na následující straně). Podrobnější informace o této studii a závěrech z ní plynoucích obsahují zprávy [1] a [2], ze kterých zejména čerpá následující text.

Čím je Ethernet pro automatizaci přitažlivý
Ethernet jistě není technikou zcela novou. Proč je tedy v současné době jedním z favoritů trhu s automatizační technikou? Jen samotná kombinace nízké ceny, všeobecné dostupnosti a zavedeného trhu k průniku do oblasti automatického řízení nestačila. Ani když už byly známé prvky dostatečně robustní a schopné trvalé činnosti i v nepříznivých podmínkách výrobních provozů. Skutečně primárním katalyzátorem průniku Ethernetu do výrobních provozů se stala teprve jeho schopnost zajistit časově deterministickou činnost, které se dosahuje použitím vhodných síťových architektur.

Kombinace Ethernetu s protokoly TCP/IP nejenže nabízí mnoho zajímavých taktických výhod, jako jsou např. malé náklady, možnost použití komerčně dostupných komponent a těsná příbuznost se systémy používanými na vyšších úrovních řízení podniku, ale současně je klíčovým motivem pohybu směrem k distribuovaným webovým architekturám řídicích systémů. O tom svědčí aktivity kolem návrhu architektury IDA i nabídky produktů využívajících protokol IP.

Svár mezi protokoly je brzdou šíření sítí
Nedávný vzrůst významu průmyslového Ethernetu v nejnižších patrech průmyslové automatizační hierarchie (řídicí stanice, moduly vstupů a výstupů) přišel po zdlouhavém, déle než deset let trvajícím a v podstatě neúspěšném klání o mezinárodní standard průmyslové sběrnice pro řízení spojitých výrobních procesů. Na základě zkušeností z minula se mnozí obávají, že soupeření protokolů o přijetí za standard průmyslového Ethernetu bude znamenat pomalejší pronikání sítí do průmyslové praxe. Soudě podle současného profilu trhu a soupeření mezi protokoly jako EtherNet/IP, ProfiNet, Foundation Fieldbus a IDA aj. je tato obava celkem oprávněná. Jedinou útěchou přitom je existence společných fyzických a síťových a transportních vrstev, a tudíž potřeba sladit pouze tři nebo čtyři ethernetové protokoly vyšších vrstev – – na rozdíl od deseti i více protokolů průmyslových sběrnic (fieldbus).

Konkurence ve vyšších podlažích
Klíčovou výhodou zde ovšem je existence společného ethernetového zásobníku TCP/IP. Protokoly spolu tudíž soupeří až ve vyšších aplikačních anebo „uživatelských“ vrstvách. Ethernet je sice mezinárodní standard, ale specifikace IEEE 802.3 definuje pouze první dvě vrstvy, tj. fyzickou a linkovou, ze sedmi vrstev zásobníku (protokol stack).

Definice TCP/IP sice přidává další, ale bez plné záruky vzájemné komunikace mezi zařízeními. Koneční uživatelé obeznámení s problematikou vědí, že klíčem ke skutečné interoperabilitě jsou navzájem si konkurující horní vrstvy síťových protokolů. Ty představují novou oblast, ve které se navzájem střetávají odlišné funkční schopnosti konkurenčních protokolů průmyslového Ethernetu.

Další prostor pro konkurenci se nabízí na úrovni konfigurování sítě. Každý protokol sice specifikuje určité konfigurační parametry, ke kterým však výrobci přidávají další a tak specificky rozšiřují jeho funkční schopnosti. K tomu slouží firemní nástroje pro konfigurování sítě, vnášející do zařízení a systémů víceméně nestandardní funkce s cílem odlišit se od konkurence. S růstem počtu sítí na bázi průmyslového standardu protokolu Ethernet TCP/IP mají při výběru řídicího systému stále větší význam právě tyto specifikace vyšších vrstev protokolu průmyslového Ethernetu, tj. na dodavateli závislé nástroje pro konfigurování sítě a příslušný software.

Obecná síťová architektura, nebo kaskáda sítí?
Bez ohledu na úsilí věnované prosazení Ethernetu až na nejnižší úroveň hierarchie automatizačních prostředků je nejpravděpodobnější, že většina výrobců nadále bude nabízet jakousi kaskádu automatizačních sítí od úrovně dozoru, přes řízení až po konečnou úroveň snímačů a akčních členů. Tradiční průmyslové sítě (např. Profibus-DP, Device-Net aj.) se v praxi již pevně uchytily a mnoho výrobců je bude používat i nadále. Alespoň dokud náklady na ethernetové rozhraní (a popř. napájení přístroje) neklesnou pod úroveň nákladů na obdobné řešení s použitím již zavedené průmyslové sítě. S pozoruhodnou výjimkou vznikajícího standardu IDA jsou proto tradiční průmyslové sítě doplňující součástí celkové architektury většiny konkurujících si protokolů průmyslového Ethernetu.

Co lze očekávat?
Autor [1] označuje za významnou a zajímavou předpověď, že na rozdíl od minulého vývoje v oblasti průmyslových komunikačních sběrnic skončí provozovatelé kontinuálních výrobních procesů u jediného ethernetového standardu – asi Foundation Fieldbus HSE (High Speed Ethernet) – a s ním spojené „neethernetové“ sítě pro úroveň řízení technologie Foundation Fieldbus H1. V diskrétní oblasti, tj. řízení strojů, spolu bude nadále soupeřit několik protokolů.

Očekávaný strmý růst počtu aplikací Ethernetu přímo na úrovni řízení technologií v období do roku 2005 ukazuje obr. 1. Předpověď bere v potaz, že přes značný tlak výrobců automatizační techniky bude nadšení pro aplikace Ethernetu v technologických provozech tlumeno přetrvávajícími i novými obavami z této technologie. Příčiny obav sahají od povědomí o technických omezeních metody až např. po vyhlídku na obnovení střetů mezi výrobci, známých z minula jako tzv. válka protokolů. Nakolik se Ethernet skutečně prosadí v technologických provozech, bude záviset na tom, jak budoucnost odpoví zejména na tyto otázky:

• Stane se Ethernet obecnou síťovou architekturou pro celý výrobní podnik?

• Bude mít pokračující používání již zavedených průmyslových komunikačních protokolů za následek kaskádu sítí v architekturách řídicích systémů?

• Jaká technická zdokonalení překonají dosavadní pohled na Ethernet jako na techniku nevhodnou pro technologické provozy?

Z obsahu studie Ethernet at the device level worldwide outlook – market analysis and forecast through 2005, ARC Advisory Group, 2002

Přehledný souhrn
Celkový rámec studie
Analýza a předpověď vývoje trhu

• Celkové dodávky prvků pro Ethernet
• Faktory ovlivňující přijetí Ethernetu
• Průměrná cena rozhraní pro Ethernet
• Dodávky Ethernetu podle typu zařízení
  • programovatelné automaty
  • operátorská rozhraní
  • vzdálené I/O
  • střídavé pohony
  • regulátory pohybu
  • servopohony a krokové pohony
  • přepínače I/O pro DCS
  • rozbočovače a přepínače aj.
• Dodávky Ethernetu podle regionů, oblastí použití a odvětví průmyslu

http://www.ARCweb.com/ARCstore